PENGEMBANGAN STRATEGI KONTROL UNTUK MEREDAM OSILASI PADA SISTEM TENAGA LISTRIK BERBASIS BACTERIA FORAGING-PARTICLE SWARM OPTIMIZATION - ITS Repository

DISERTASI TE 143597 PENGEMBANGAN STRATEGI KONTROL UNTUK

  

MEREDAM OSILASI PADA SISTEM TENAGA LISTRIK

BERBASIS BACTERIA FORAGING-PARTICLE SWARM

OPTIMIZATION

  IDA BAGUS GEDE MANUABA NRP. 2210 301 007 DOSEN PEMBIMBING: Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng Dr.Eng. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng PROGRAM DOKTOR JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

  INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2016

DISERTASI TE 143597 PENGEMBANGAN STRATEGI KONTROL UNTUK

  

MEREDAM OSILASI PADA SISTEM TENAGA LISTRIK

BERBASIS BACTERIA FORAGING-PARTICLE SWARM

OPTIMIZATION

  IDA BAGUS GEDE MANUABA NRP. 2210 301 007 DOSEN PEMBIMBING: Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng Dr.Eng. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng PROGRAM DOKTOR JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

  INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2016

DESERTATION TE 143597 DEVELOPMENT OF CONTROL STRATEGY FOR

  

DAMPING OSCILLATION IN POWER SYSTEM BASED

ON BACTERIA FORAGING – PARTICLE SWARM OPTIMIZATION _{STUDENT IDENTITY NUMBER. 2210 301 007}

  Supervisor: Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng Dr.Eng. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng DOCTORAL PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF INDUSTRY TECHNOLOGY

  INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2016

DESERTATION TE 143597 DEVELOPMENT OF CONTROL STRATEGY FOR

  

DAMPING OSCILLATION IN POWER SYSTEM BASED

ON BACTERIA FORAGING – PARTICLE SWARM OPTIMIZATION _{STUDENT IDENTITY NUMBER. 2210 301 007}

  IDA BAGUS GEDE MANUABA Supervisor: Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng Dr.Eng. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng DOCTORAL PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF INDUSTRY TECHNOLOGY

  INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2016

DAFTAR PUSTAKA

  Ahmed A. Ba-muqabel, and Mohammad A. Abido (2006), "Review of Conventional Power System Stabilizer Design Methods", IEEE International Conference GCC, pp. 1-7.

  A. M. El-Zonkoly (2006), "Optimal Tuning of Power Systems Stabilizer and AVR Gains Using Particle Swarm Optimization", Elsevier Expert Systems with Applications, Vol. 31, pp. 551-557.

  A. Oonsivilai and B. Marungsri (2008), "Stability Enhancement for Multi- machine Power System by Optimal PID Tuning of Power System Stabilizer Using Particle Swarm Optimization", WSEAS Transactions on Power Systems, Vol. 3, pp. 465-474

  A.S. Bazanella, A.S. e Silva (2001),"Coordinated design of damping controllers for robustness of power systems stability", Electrical Power and Energy

  Systems, pp. 69-79

  Ali T. Al-Awani, Y.L. Abdel-Magid, M.A. Abido (2007), "A particle-swarm- based approach of power system stability enhancement with unified power flow controller", Electrical Power and Energy System, pp. 251-259

  Ashraf Mohamed Hemeida (2010), "A Fuzzy Logic Controlled Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES Frequency Stabilizer", Electric Power

  Systems Research, pp 651-656

  B. Selvabala, D. Devaraj (2010), "Co-Ordinated Tuning of AVR-PSS Using Differential Evolution Algorithm", IPEC 2010, pp. 439-444

  Bindeshwar Singh, N.K. Sharma and A.N. Tiwari (2010), "Classification of Coordinated Control Techniques of FACTS Controllers in Emerging Power Systems: A Review", International Jurnal Engineering Tech Science, Vol.

  1, pp. 18-34 Dash PK, Morris S, Mishra S (2004), "Design of a Nonlinear Variable Gain Fuzzy

  Controller for FACTS Devices", IEEE Trans Control Systems Technology, pp. 428-438.

  H. Shayeghi, A. Safari, and H. A. Shayanfar (2008), "Multimachine Power System Stabilizers Design Using PSO Algorithm," International Journal Of

  Electrical Power and Energy Systems Engineering, pp. 226-233

  H. Shayeghi, A. Safari, H.A. Shayanfar (2010), "PSS and TCSC Damping Controller Coordinated Design Using PSO in Multi-machine Power System", Energy Conversion and Management, pp. 2930-2937

  Howard K. Schoenwetter (1983), “High Accuracy Settling Time Measurements”,

  IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. IM-32., No.1, March, 1983

  I.B.G. Manuaba, M Abdillah, A. Soeprijanto, and Mauridhi Herry P. (2011),

  "Coordination of PID Based Power System Stabilizer and AVR Using Combination Bacterial Foraging Technique – Particle Swarm Optimization,

  th The 4 International Conference on Modeling, Simulation and Applied Optimization, Kuala Lumpur, Malaysia, pp. 508-514

  I.B.G. Manuaba, R. S. Hartati, A. Soeprijanto, and M. H. Purnomo (2010), "The Application of Particle Swarm Optimization Method to Solve Economic

  th

  Dispatch Problem in Electric Power System Bali", The 11 Seminar On

  Intelligent Technology and Its Applications, Surabaya, Indonesia, Vol. 11

  Imam Robandi (2006), "Desain Sistem Tenaga Modern", Andi Offset, Yogyakarta, Indonesia

  Juan M. Ramirez, Ricardo J. Davalos, Abraham Valenzuela, Ixtlahuatl Coronado (2002), "FACTS-based stabilizers Coordination", Electrical Power and

  Energy Systems, pp. 233-243

  Katsuhito Ogata, (1987), “Discrete-time control systems”, Prentice Hall, New Jersey

  th

  Katsuhito Ogata, (2010), “Modern Control Engineering”, Prentice Hall, 5 Edition, New Jersey

  K. Bhattacharya, J Nanda and M L Kothari (1997), "Optimization and Performance Analysis of Conventional Power System Stabilizers",

  Electrical Power & Energy Systems, Vol. 19, No. 7, pp. 449-458

  K. Sebaa, M. Boudour (2009), "Optimal Locations and Tuning of Robust Power System Stabilizer Using Genetic Algorithms", Electric Power Systems

  Research, pp. 406-416

  K.T. Chaturvedi, M. Pandit, and L. Srivastava (2009), "Particle Swarm Optimization with Time Varying Acceleration Coefficients for Non-Convex Economic Power Dispatch", Electrical Power and Energy Systems

  K. Vaisakh, P. Praveena, S. Rama Mohana Rao (2009), "PSO-DV and Bacterial Foraging Optimization Based Dynamic Economic Dispatch with Non- Smooth Cost Functions", International Conference on Advances in

  

Computing, Control and Telecommunication Technologies, pp. 135-139

  L.J.Cai, and I. Erlich (2003), "Simultaneous Coordinated Tuning of PSS and FACTS Controller for Damping Power System Oscillations in Multi- Machine Systems", IEEE Bologna Power Tech Conference, Bologng, Italy

  Li-Jun Cai (2004), "Robust Coordinated Control of FACTS Devices in Large Power Systems", Logos Verlag Berlin

  Lokman H. Hassan, M. Moghavvemi and Haider A.F. Mohamed (2009), "Power System Stabilization Based on Artificial Intelligent Techniques; A review",

  International Conference for Technical Postgraduates, pp. 1-6

  M.A. Abido (2005),"Analysis and assessment of STATCOM-based damping stabilizers for power system stability enhancement", Electrical Power

  Systems Research, pp. 177-185

  M.A. Abido (2008), "Power System Stability Enhancement Using FACTS Controlles: A Review", The Arabian Journal for Science and Engineering, Vol 34, No 1B, pp. 153 -172

  M.A. Abido, Y.L. Abdel-Magid (2003),"Coordinated design of a PSS and an SVC-based controller to enhance power system stability", Electrical Power

  and Energy Systems, pp. 695-704

  M A Pai, C D Vournas, A N Michael, and H Ye (1997), "Applications of interval matrices in power system stabilizer design", Electrical Power and Energy

  Systems, vol.19, No.3, pp.179-184

  Michael J. Basler and Richard C. Schaefer (2005)," Protective Relay Engineers ",58th Annual Conference for Protective Relay Engineers, Digital Object Identifier

  N. Sinha, L.L.Lai, and V. G. Rao (2008), "GA Optimized PID Controllers for Automatic Generation Control of Two Area Reheat Thermal Systems Under Deregulated Environment", Third International Conference on Electric

  Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, pp. 1186-

  1191 Noroozian M, Ghandhari M, Andersson G, Gronquist I, Hiskens I (2001), "A

  Robust Control Strategy for Shunt and Series Reactive Compensators to Damp Electromechanical Oscillations", IEEE Trans Power Delivery, pp. 821-817

  M.A. Pai, (1931), "Power System Stability", North-Holland Publishing Company P. Praveena, K. Vaisakh, S. Rama Mohana Rao (2010), "A Bacterial Foraging

  PSO-DE Algorithm for Solving Dynamic Economic Dispatch Problem with Security Constraints", The 2010 Joint International Conference on Power

  Electronic, Drives and Energy Systems (PEDES), India, pp. 1-7

  Peter W. Sauer and M.A. Pai, (1998),"Power System Dynamics and Stability", Printice Hall, New Jersey, USA

  P.M. Anderson and A.A. Fouad (1982), "Power System Control And Stability",

  Iowa State University Press,Ames, Iowa

  Prabha Kundur (1994), "Power System Stability and Control", McGraw-Hill, New York, USA

  Rajesh Joseph Abraham, D.Das, and Amit Patra (2005), "Effect of Capacitive Energy Storage on Automatic Generation Control", Power Engineering

  Conference, Vol.2 No. 1, pp. 1070-1074

  Rajesh Joseph Abraham, D.Das, and Amit Patra (2010), "Automatic Generation Control of an Interconnected Power System with Capacitive Energy Storage", International journal of Energy and Power Engineering, Vol.3 No. 1, pp. 41-46

  Ramos RA, Martins ACP, Bretas NG (2005), "An Improved methodology for the design of power system damping controllers", IEEE Trans Power System, pp. 1938-1945 Rodrigo A. Ramos (2009),"Stability analysis of power considering AVR and PSS output limiters", Electric Power Systems Research, pp. 153-159 Ruijun Dong (2009), "Differential Evolution versus Particle Swarm Optimization for PID Controller Design", Fifth International Conference on Natural

  Computation, pp. 236-240

  S. H. Hosseini, R. Rahnavard, and H. Kharrati (2009), "Application of Genetic Algorithm to Design PID Controller for Power System Stabilization",

  http://citeseerx.ist.psu.edu

  S. Mishra (2005), "A Hybrid Least Square-Fuzzy Bacterial Foraging Strategy for Harmonic Estimation", Electrical Power and Energy Systems

  S.K.Tso, J. Liang, XX.Zhou (1999), "Coordination of TCSC and SVC for Improvement of Sower System Performance with NN-based Parameter Adaptation",Electrical Power and Energy Systems, pp. 235-244

  S.P. Ghoshal, A. Chatterjee, V. Mukherjee (2009), "Bio-inspired fuzzy logic based tuning of power system stabilizer", Expert System with Applications, pp. 9281-9292

  Saleh M. Bamasak, M.A. Abido (2005),"Robust Coordinated Design of PSS &

  th

  STATCOM Controllers for Damping Power System Oscillation", 15

  International Conference PSCC, Liege, pp. 1-5

  Sidhartha Panda (2011), "Robust Coordinated Design of Multiple and Multi-type Damping Controller Using Differential Evolution Algorithm", Electrical

  Power and Energy Systems, pp. 1018-1030

  Sidhartha Panda and Narayana Prasad Padhy (2007) "MATLAB/SIMULINK Based Model of Single-Machine Infinite-Bus with TCSC for Stability Studies and Tuning Employing GA", International Journal of Computer

  Sciene and Engineering, pp. 50-59

  V. Mukherjee, S.P. Ghoshal (2009), "Application of capacitive energy storage for transient performance improvement of power system", Electric Power

  Systems Research, pp. 282-294

  W.M. Korani, H. T. Dorrah, and H.M. Emara (2009), "Bacterial Foraging Oriented by Particle Swarm Optimization Strategy for PID Tuning", IEEE

  International -Symposium on Computation Intelligence in Robotic and Automation (CIRA), pp. 445-450

  Wanliang Fang, II.W. Ngan (2003),"Enhancing small signal power system stability by coordinating unified power flow controller with power system stabilizer", Electrical Power Systems Research, pp. 91-99

  Xiao-Ping Zhang, Christian Rehtanz, and Bikash Pal (2006),"Flexible AC Transmission Systems: Modelling and Control", Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, Germany

  Zhenhua Jiang (2009),"Design of a nonlinear power system stabilizer using synergetic control theory", Electric Power Systems Research, pp. 855-862

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

  Nama : Ida Bagus Gede Manuaba Tempat/tanggal lahir : Denpasar, 09 Januari 1969 Agama : Hindu Pekerjaan : Staff Pengajar Jurusan Teknik Elektro

  Universitas Udayana, Denpasar, Bali Alamat : Jl. Padanggalak No. 18, Sanur Kaja, Denpasar Email Nama Istri : Dr. Ida Ayu Chandranita Manuaba, SpOG, MM. Nama Anak : Ida Bagus Gede Kinandanamas Manuaba Ida Bagus Anom Krishnandana Manuaba

  Ida Ayu Alit Airin Manuaba Riwayat Pendidikan

  :

  SD Negeri Intaran Sanur, Denpasar, lulus tahun 1981  SMP Negeri Sanur, Denpasar, lulus tahun 1984  SMA Negeri I Denpasar, lulus tahun 1987 

   S1 Teknik Elektro-Teknik Sistem Tenaga, FT, Unud, Denpasar, lulus tahun 1995 S2 Teknik Elektro-Teknik Sistem Tenaga, FTI, ITS, Surabaya, lulus tahun 1999  S3 Teknik Elektro-Teknik Sistem Tenaga, FTI, ITS, Surabaya, masuk TA 2010/2011  Pengalaman Kerja

  :

  Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, mulai tahun  1997 – sekarang Sertifikat/Keahlian

  Program Pembinaan Profesi Insinyur (PPPI), tahun 2015  Daftar Publikasi

  A. Jurnal International

  

[1] IBGManuaba, Muhammad Abdilah, Ardyono Priyadi, Mauridhi Hery P,“Coordinated

Tuning of PID Based PSS and AVR Using Bacterial Foraging-PSOTVAC-DE Algorithm”, International Journal Control and Intelligent System, (ISSN Online: 1925-5810 ), Vol. 43, Issue No. 3, Acta Press, Canada, 2015 (Terindeks Scopus); Status: Published

  

[2] IBGManuaba, Ardyono Priyadi, Mauridhi Heri P”Coordination Tuning PID-PSS and

TCSC Based Model of Single Machine Infinite-Bus Using Combination Bacteria Foraging- Particle Swarm Optimization Method”, International Review of Electrical Engineering (IREE), (ISSN 0867-6747), Vol. 10, No. 6, PraiseWorthy Prize, Italia, 2015 (Terindeks Scopus), Status: Published.

B. Jurnal Nasional Terakreditasi

  IBGManuaba , AAN Amrita, Ardyono Priyadi, Mauridhi Hery P, “Coordination Controller Power System in Java-Bali 500 KV Interconected Based On Bacteria Foraging- Particle Swarm Optimization For Stability Improvement”, Jurnal Kursor, ISSN: 0216-0544, Vol. 8, No. 1, Oktober, Madura, 2015, Terakreditasi DIKTI, Status: Published;

  C. Seminar International

  IBGManuaba , Muhammad Abdilah, Ardyono Priyadi, Mauridhi Hery P,”Coordination of PID Based Power System Stabilizer and AVR Using Combination Bacterial Foraging Technique-Particle Swarm Optimization”, Fourth International Conference on Modeling, Simulation and Applied Optimization (ICMSAO), 19 Apr – 21 Apr, Kuala Lumpur, Malaysia, 2011;

  D. Seminar Nasional

  IBGManuaba , Rukmi S Hartati, Adi Soeprijanto, Mauridhi Hery P, “The Application of Particle Swarm Optimization Method to Solve Economic Dispatch Problem in Electric

  Power System Bali”, The 11th Seminar on Intelligent Technology and Its Applications (SITIA), ITS, ISSN:2087-331X, Vo. 11, October 9, Surabaya, 2010.; Penerima Hibah 1. Seminar International di Luar Negeri Tahun 2011 Penerima hibah seminar international diluar negeri berdasarkan surat Dikti dengan No.

  052/D3/LL/2011 pada: Fourth International Conference on Modeling, Simulation and

Applied Optimization (ICMSAO), 19 April – 21 April, Kuala Lumpur, Malaysia, 2011

  .

  2. Program Sandwich-like Tahun 2012 Penerima Program Sandwich-like tahun 2012 berdasarkan surat Dikti no 2091/E4.4/2012 tanggal 6 Juli 2012, bertempat di Cybernetic Laboratory, Electric Power and Energy System, Engineering Faculty, Hiroshima University, 2 Oktober – 30 Desember, Higashi Hiroshima, Japan, 2012.

  3. Penelitian Desertasi Doktor Tahun 2013 Penerima penelitian desertasi doktor dana desentralisasi Dikti dengan kontrak nomor : 175.39/UN14.2/PNL.01.03.00/2013, judul : Koordinasi Penalaan PID Yang Berbasis PSS Dan AVR Untuk Meredam Osilasi Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Pengembangan Metode Kombinasi Bacteria Foraging – Particle Swarm Optimization – Defferential Evolution Algorithm (Sebagai Ketua) 4.

   Penelitian Fundamental Tahun 2014 Penerima penelitian fundamental dana desentralisasi Dikti dengan kontrak nomor : 103.27/UN14.2/PNL.01.03.00/2014, judul penelitian : Meredam Osilasi Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Metode Hibrid Evolutionary Computational Pada Sistem Interkoneksi Kelistrikan Jawa Bali (Sebagai Ketua)

  5. Penelitian Unggulan Program Studi Universitas Udayana Tahun 2015 Penerima penelitian Hibah Unggulan Program Studi, penelitian dana PNBP, dengan kontrak nomor: 246-278/UN14.2/PNL.01.03.00/2015, judul penelitian : Memperbaiki Kestabilan Sistem Tenaga Listrik Pada Sistem Interkoneksi Kelistrikan Jawa Bali (Sebagai Ketua

  ) 6.

   Penelitian Fundamental Tahun 2016 Penerima penelitian fundamental (PF) untuk pendanaan tahun 2016 berdasarkan surat Dikti Nomor: 2262/E5.2/PL/2015 Tanggal 21 September 2015, judul penelitian: Meningkatkan Kinerja Kestabilan Transmisi Tenaga Listrik Pada Sistem Interkoneksi Kelistrikan Jawa Bali Menggunakan Metode Swarm Intelligence (Sebagai Ketua)

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmatnya sehinga penulisan disertasi ini dapat diselesaikan. Disertasi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat akademik Program Doktoral, Program Studi Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

  Banyak halangan, rintangan dan hambatan penulis hadapi dalam penulisan disertasi ini. Dalam penyeleaian desertasi ini penulis mendapat bantuan, bimbingan dan dukungan dari banyak pihak. Pada kesempatan ini dengan kerendahan hati, penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada:

  1. Pemerintah Republik Indonesia melalui Kemenristekdikti yang telah memberikan dana beasiswa BPPS selama masa studi.

  2. Rektor Universitas Udayana yang telah memberikan ijin tugas belajar.

  3. DP2M DIKTI, Departemen Pendidikan Nasional yang telah memberikan dana hibah penelitian fundamental, hibah Doktor dan hibah Unggulan Program Studi.

  4. Bapak Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng dan Bapak Dr.Eng.

  Ardyono Priyadi, ST., M.Eng yang telah memberikan bimbingan berupa saran dan masukan serta motivasi untuk menyelesaikan studi secepatnya.

  5. Para penguji antara lain: Prof. Dr. Ir. Sasongko Pramono Hadi, DEA, Prof. Dr.

  Ir. Imam Robandi, MT., dan Dr.Eng. Rony Seto Wibowo, ST., MT yang telah memberikan usulan, saran dan masukan untuk perbaikan penelitian disertasi pada saat ujian proposal kandidasi doktor maupun pada saat ujian sidang tertutup.

  6. Bapak Prof. Naoto Yurino selaku International supervisor, selama penulis menjalani program Sandwich-like di Department of System Cybernetics,

  Hiroshima University, Japan.

  7. Pimpinan Universitas Udayana, Fakultas Teknik dan Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan ijin dan kesempatan kepada penulis untuk menempuh program Doktor ini.

  8. Segenap pengelola Program Pascasarjana (PPs) ITS, dosen dan karyawan PPs Jurusan Teknik Elektro ITS yang telah memberikan dukungan dan bantuan selama kami menempuh program pendidikan ini.

  9. Teman-teman mahasiswa S3, Bu Irrine, Pak Purwo, Bu Ariani, Pak Nyoman Sukajaya, Gustu Adnyana, Momon, Wiharta, Oka Widyantara, Kalvin, Muhammad Abdillah dan rekan-rekan lainnya atas bantuan, dukungan dan motivasi serta doanya.

  10. Istriku tercinta Ida Ayu Chandranita Manuaba, dan anak-anakku tersayang Gus Mas, Gus Kris dan Gek Alit, yang terus memberikan semangat untuk segera menyelesaikan studi.

  11. Kedua orang tua tercinta bapak Ida Bagus Somia, ibu Ida Ayu Maniara dan adikku Ida Ayu Trisna Agustini serta semua saudara atas dukungan, doa dan motivasinya.

  Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas amal kebaikan Bapak, Ibu dan saudara semuanya serta selalu melimpahkan karunia-Nya kepada kita semua. Akhirnya, semoga studi ini membawa banyak manfaat dan berguna bagi semua pihak yang membutuhkan.

  Penulis menyadari bahwa dalam penulisan disertasi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak demi perbaikan dan penyempurnaan buku disertasi ini.

  Surabaya, Mei 2016 Ida Bagus Gede Manuaba

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ..………………………………………………………. i PERNYATAAN KEASLIAN DISERTASI ………………………………… iii LEMBAR PENGESAHAN DISERTASI …………………………………… v ABSTRAK …………………………………………………………..……...... vii ABSTRACT ………………………………………………………………….. ix KATA PENGANTAR ………………………………………………………... xi DAFTAR ISI …………………………………………………………………. xiii DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………… xvii DAFTAR TABEl …………………………………………………………..... xxi DAFTAR SINGKATAN …………………………………………………….. xxiii DAFTAR SIMBOL ………………………………………………………….. xxv

BAB 1 PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  1

  1.2 Rumusan Masalah

  3

  1.3 Tujuan dan Manfaaat Penulisan

  4

  1.4 Kontribusi dan Orisinalitas

  4

  1.4.1 Kontribusi

  4

  1.4.2 Orisinalitas

  5

  1.5 Roadmap Penelitian

  6

  1.5.1 Penelitian Sebelumnya

  6

  1.5.2 Penelitian yang dilakukan

  7

  1.6 Sistematika Penulisan

  11 BAB 2 KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

  2.1 Dasar Stabilitas Sistem Tenaga Listrik

  13

  2.2 Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga

  13

  2.2.1 Stabilitas Sudut Rotor

  15

  2.2.2 Stabilitas Frekwensi

  18

  2.3 Stabilitas Signal-kecil Mesin Tunggal Sistem Bus Tak Berhingga

  20

  2.4 Generator diwakili oleh Model Klasik

  21

  2.5 Sistem Eksitasi

  24

  2.6 Automatic Voltage Regulator

  26

  2.7 Power System Stabilizer

  28

  2.8 Pemodelan Sistem Tenaga Listrik

  30

  2.9 FACTS Devices

  35

  2.10 Bacteria Foraging Optimization

  40

  2.11 Particle Swarm Optimization

  41

  2.12 Time Varying Accelerator Coefficient

  42

  2.13 Differential Evolution

  43 BAB 3 METODE PENELITIAN

  3.1 Prosedur Penelitian

  45

  3.2 Kestabilan

  46

  3.2.1 Nilai Eigen

  46

  3.2.2 Faktor Partisipasi

  48

  3.2.3 Diagram Bode

  51

  3.3 Controllability dan Observability

  52

  3.4 Model Linear Sistem Tenaga

  54

  3.4.1 Model Linear Generator Sinkron

  54

  3.4.2 Model Eksitasi

  56

  3.5 Model Power System Stabilizer

  57

  3.5.1 PID-PSS

  58

  3.5.2 Fuzzy Pre-Compensated PID-PSS

  59

  3.6 Model Tryristor Controlled Series Compensator (TCSC)

  60

  3.7 Model Static Var Compensator (SVC)

  63

  3.7.1 PIDSVC

  68

  3.8 Model SMIB Keseluruhan

  68

  3.9 Reduksi Matriks Admitansi Jaring

  71

  3.10 Model Multimesin Keseluruhan

  74

  3.11 Overshoot

  78

  3.12 Settling Time

  79

  3.13 Metode Optimisasi

  80 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1 Perbaikan Kestabilan Sisttem Tenaga Listrik menggunakan Metode BPTD Pada Model Single Machine Infinitife Bus (SMIB)

  85

  4.2 Perbaikan Kestabilan Sistem Tenaga Listrik menggunakan Metode

  BPTD Pada Model Single Machine Infinitife Bus dengan TCSC

  92

  4.3 Perbaikan Kestabilan Sisttem Tenaga Listrik menggunakan Metode BPTD Pada Model Multimesin

  99

  4.4 Perbaikan Kestabilan Sistem Tenaga Listrik menggunakan Metode

  BPTD Pada Model Multimesin dengan PIDSVC

  119

  4.5 Perbaikan Kestabilan Sisttem Tenaga Listrik menggunakan Metode BPTD Pada Model Sistem Jawa-Bali Interkoneksi 500 KV 140

  4.6 Perbaikan Kestabilan Sisttem Tenaga Listrik menggunakan Metode BPTD Pada Model Sistem Jawa-Bali Interkoneksi 500 KV dengan SVC

  146

BAB 5 PENUTUP

  6.1 Kesimpulan 149

  6.2 Penelitian selanjutnya 150

DAFTAR PUSTAKA

  151

  LAMPIRAN

  155

DAFTAR PUBLIKASI

  165

DAFTAR PENELITIAN PENDUKUNG

  167

  INDEKS

  169

  DAFTAR TABEL

  Hal

Tabel 1.1 Roadmap Penelitian

  9 Tabel 2.1 Perkiraan jumlah perangkat FACT telah terinstal

  39 Tabel 4.1 Nilai eigen sistem pada SMIB dengan partisipasi

  87 Tabel 4.2 Nilai Optimisasi untuk konstanta K , K , K , and K

  91

  p i d A

Tabel 4.3 Nilai performance index dari sistem dengan PIDPSS

  92 Tabel 4.4 Nilai eigen sistem pada SMIB dan TCSC dengan partisipasi

  94 Tabel 4.5 Nilai performance index dari sistem dengan PIDPSS-TCSC

  98 Tabel 4.6 Nilai eigen sistem pada Multimesin dengan partisipasi 102

Tabel 4.7 Nilai performance index dari sistem 118Tabel 4.8 Nilai Optimisasi untuk konstanta K , K , K , and K 119

  p i d A

Tabel 4.9 Nilai eigen sistem pada Multimesin-SVC dengan partisipasi 122Tabel 4.10 Nilai Optimisasi untuk konstanta K p , K i , K d , and K A 139Tabel 4.11 Nilai performance index dari sistem 139Tabel 4.12 Parameter dinamik mesin 140Tabel 4.13 Parameter dinamik mesin (lanjutan) 140Tabel 4.14 Data beban dan pembangkitan 140Tabel 4.15 Data saluran transmisi Jawa Bali 500 KV 141Tabel 4.16 Nilai Optimisasi untuk konstanta K , K , K , 143

  p i d

Tabel 4.17 Nilai Optimisasi untuk konstanta K , K , K , 144

  p i d

Tabel 4.18 Perbandingan performance index PIDPSS3B terhadap metode yang lain 145Tabel 4.19 Perbandingan performance index PIDPSS3B 145

  DAFTAR GAMBAR

  Hal

Gambar 1.1 Fishbone penelitian koordinasi kontroler

  5 Gambar 1.2 Tahapan penelitian yang dilakukan

  7 Gambar 1.3 Peta penelitian terkait yang telah dilakukan

  8 Gambar 1.4 Posisi penelitian pada peta penelitian terkait

  8 Gambar 1.5 Diagram hubungan sistematika penulisan

  11 Gambar 2.1. Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga

  14 Gambar 2.2 Mesin tunggal yang terhubung ke sistem besar

  20 Gambar 2.3 Representasi sistem

  22 Gambar 2.4 Diagram blok dari sistem single machine infinite bus

  23 Gambar 2.5 Prinsip kontrol dari unit pembangkit

  24 Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen dari mesin sinkron

  25 Gambar 2.7 Diagram fasor dari kondisi awal

  25 Gambar 2.8 Diagram fasor menunjukkan kendala kontrol

  26 Gambar 2.9 Pengaturan dari komponen eksitasi

  27 Gambar 2.10 PSS dalam bentuk model linear

  29 Gambar 2.11 Skematik system tenaga listrik mesin tunggal

  30 Gambar 2.12 Batas operasional jalur transmisi

  36 Gambar 2.13 Klasifikasi perangkat FACTS

  37 Gambar 3.1 Skema Penelitian Awal

  45 Gambar 3.2 Blok Diagram fast exciter

  57 Gambar 3.3 Blok Diagram PSS

  57 Gambar 3.4 Blok diagram PIDPSS

  58 Gambar 3.5 Blok diagram Fuzzy Pre-compensated PID-PSS

  59 Gambar 3.6 Kontroler Fuzzy Pre-compensated PID-PSS

  59 Gambar 3.7 Bentuk dasar TCSC

  61

Gambar 3.8 Model matematika TCSC untuk analisis dinamik

  78 Gambar 3.25 Pengukuran settling time dengan akurasi tinggi

  97 Gambar 4.12 Deviasi sudut rotor PIDPSS-TCSC

  96 Gambar 4.11 Deviasi frekwensi PIDPSS-TCSC

Gambar 4.10 Performansi deviasi rotor PIDPSS-TCSC opt BPTD

  95 Gambar 4.9 Performansi deviasi frekwensi PIDPSS-TCSC opt BPTD 96

Gambar 4.8 Nilai eigen PIDPSS-TCSC optimisasi BPTD

  91 Gambar 4.7 Diagram blok sistem tenaga listrik dengan kontroler TCSC 92

  90 Gambar 4.6 Deviasi sudut rotor PIDPSS

Gambar 4.5 Deviasi frekwensi PIDPSSGambar 4.4 Performansi deviasi sudut rotor PIDPSS optimisasi BPTD 89

  88 Gambar 4.3 Performansi deviasi frekwensi PIDPSS optimisasi BPTD 89

  85 Gambar 4.2 Nilai eigen PIDPSS optimisasi BPTD

  81 Gambar 4.1 Diagram blok sistem tenaga listrik

  80 Gambar 3.27 Diagram Alur Bacteria Foraging diorientasi BPTD

  79 Gambar 3.26 Diagram Alur Bacteria Foraging diorientasi PSO

  77 Gambar 3.24 Ilustrasi overshoot

  62 Gambar 3.9 Model TCSCController

  76 Gambar 3.23 Model simulink PID-SVC

  76 Gambar 3.22 Model simulink Fuzzy Pre-compensated PID-PSS

  75 Gambar 3.21 Model simulink multimesin

  74 Gambar 3.20 Diagram alur untuk multimesin

  70 Gambar 3.19 Model linear multimesin

  69 Gambar 3.18 Model simulink PID-PSS

  69 Gambar 3.17 Model simulink SMIB

  68 Gambar 3.16 Diagram Alur untuk SMIB

  68 Gambar 3.15 Model linier SMIB

  66 Gambar 3.14 Blok diagram PIDSVC

  65 Gambar 3.13 Cabang

  63 Gambar 3.12 Cabang

  63 Gambar 3.11 Cabang TCR dan TSC

  62 Gambar 3.10 Bentuk dasar SVC

  98

Gambar 4.13 Sistem empat mesin dan 11 bus

  99 Gambar 4.14 Nilai eigen FPIDPSS Optimisasi BPTD 102

Gambar 4.15 Performansi deviasi frekwensi FPIDPSS opt BPTD gen 1 103Gambar 4.16 Deviasi frekwensi FPIDPSS generator 1 104Gambar 4.17 Performansi deviasi frekwensi FPIDPSS opt BPTD gen 2 105Gambar 4.18 Deviasi frekwensi FPIDPSS generator 2 106Gambar 4.19 Performansi deviasi frekwensi FPIDPSS opt BPTD gen 3 107Gambar 4.20 Deviasi frekwensi FPIDPSS generator 3 108Gambar 4.21 Performansi deviasi frekwensi FPIDPSS opt BPTD gen 4 109Gambar 4.22 Deviasi frekwensi FPIDPSS generator 4 110Gambar 4.23 Performansi deviasi sudut rotor FPIDPSS opt BPTD gen 1 111Gambar 4.24 Deviasi sudut rotor FPIDPSS generator 1 112Gambar 4.25 Performansi deviasi sudut rotor FPIDPSS opt BPTD gen 2 113Gambar 4.26 Deviasi sudut rotor FPIDPSS generator 2 114Gambar 4.27 Performansi deviasi sudut rotor FPIDPSS opt BPTD gen 3 115Gambar 4.28 Deviasi sudut rotor FPIDPSS generator 3 116Gambar 4.29 Performansi deviasi sudut rotor FPIDPSS opt BPTD gen 4 117Gambar 4.30 Deviasi sudut rotor FPIDPSS generator 4 118Gambar 4.31 Nilai eigen FPIDPSS-PIDSVC Optimisasi BPTD 122Gambar 4.32 Performansi deviasi frekwensi FPIDPSS-PIDSVC gen 1 123Gambar 4.33 Deviasi frekwensi FPIDPSS-PIDSVC generator 1 124Gambar 4.34 Performansi deviasi frekwensi FPIDPSS-PIDSVC gen 2 125Gambar 4.35 Deviasi frekwensi FPIDPSS-PIDSVC generator 2 126Gambar 4.36 Performansi deviasi frekwensi FPIDPSS-PIDSVC gen 3 127Gambar 4.37 Deviasi frekwensi FPIDPSS-PIDSVC generator 3 128Gambar 4.38 Performansi deviasi frekwensi FPIDPSS-PIDSVC gen 4 129Gambar 4.39 Deviasi frekwensi FPIDPSS-PIDSVC generator 4 130Gambar 4.40 Performansi deviasi sudut rotor FPIDPSS-PIDSVC gen 1 131Gambar 4.41 Deviasi sudut rotor FPIDPSS-PIDSVC generator 1 132Gambar 4.42 Performansi deviasi sudut rotor FPIDPSS-PIDSVC gen 2 133Gambar 4.43 Deviasi sudut rotor FPIDPSS-PIDSVC generator 2 134Gambar 4.44 Performansi deviasi sudut rotor FPIDPSS-PIDSVC gen 3 135Gambar 4.45 Deviasi sudut rotor FPIDPSS-PIDSVC generator 3 136Gambar 4.46 Performansi deviasi sudut rotor FPIDPSS-PIDSVC gen 4 137Gambar 4.47 Deviasi sudut rotor FPIDPSS-PIDSVC generator 4 138Gambar 4.48 Diagram segaris dari sistem kelistrikan Jawa-Bali 500 KV 143Gambar 4.49 Deviasi frekwensi PIDPSS3B pada generator Grati 145Gambar 4.50 Deviasi sudut rotor PIDPSS3B pada generator Grati 145Gambar 4.51 Deviasi sudut tegangan PIDPSS3B pada generator Grati 145Gambar 4.52 Deviasi frekwensi PIDPSS3B- PIDSVC generator Grati 147Gambar 4.53 Deviasi sudut rotor PIDPSS3B- PIDSVC generator Grati 147Gambar 4.54 Deviasi tegangan PIDPSS3B- PIDSVC generator Grati 148

DAFTAR SIMBOL

  

  : Faktor penghambat yang menghambat kecepatan

  c 1 ,c 2 : Parameter kognitif dan sosial r i1 dan r i2 merupakan bilangan acak

  yang terdistribusi merata dengan jangkauan [0, 1]

  CR : Konstanta crossover 

  : Sudut rotor dalam radian listrik

   

  : Deviasi kecepatan dalam pu = ( r -  )/

  r 

   : Deviasi sudut rotor dalam listrik.rad

  : Tegangan bus tak berhingga

  E B

  : Tegangan generator/internal

  E g

  ' ' E : Tegangan balik

  X d

  G e : Generasi

  : Konstanta inersia dalam MWs/MVA

  H

  ITER : Jumlah iterasi

  : Penguatan (gain) amplifier K

  A K A

  : Koefisien torsi sinkronisasi dalam pu torsi/rad

  K s

  : Koefisien torsi redaman dalam pu torsi/pu deviasi kecepatan

  K p

  N : Ukuran dari populasi

  p

  : Operator diferensial d/dt : Rugi-rugi celah udara

  P e

  : Daya mekanis input

  P m k

  P : Posisi terbaik dari group pada iterasi k gb k

  P pb : Posisi terbaik dari partikel i pada iterasi k n

  : Interval matriks stabilitas ruang-n

  R R : Resistansi pada saluran

  r , r : Parameter acak PSO

  1

  2 sf : Vektor mutasi

  : Waktu washout

  T W

  ω : Berat inersia

  

 : Kecepatan rata-rata. Rad/s = 2f0 = 314 untuk sistem 50 Hz

  W Berat inersia dengan waktu bervariasi

  X ik : Posisi dari partikel i pada iterasi k

  P : Daya aktif (MW)

  : Daya reaktif (MVar)

  Q

  : Besar Tegangan (Volt)

  V

  : Sudut rotor  y : Admitansi shunt total pada bus p.

  p y  V : Arus shunt yang mengalir dari bus p ke tanah. p p y : Admitansi saluran p ke q. pq y ' : Admitansi shunt saluran p – q. pq k m

  V dan V : Tegangan pada bus k dan m

  : Reaktansi pada saluran

  km

  X

  :

  km _{k m}

   Sudut antara V dan V (V adalah phasor)

  : Injeksi daya reaktif pada SVC

  SVC Q

  : Subceptansi SVC

  SVC B

  : Tegangan injeksi

  V se

  : Reaktansi ekivalen TCSC

  X TCSC

  : Reaktansi efektif dilihat dari sisi jaringan transformator seri

  s

  X

  : Reaktansi pada transformator seri

  seri

  X X

  : Reaktansi pada transformator shunt

  paralel

  : Injeksi daya aktif pada sisi kirim (MW)

  si P

  : Injeksi daya reaktif pada sisi kirim (MVar)

  si Q

  P : Injeksi daya aktif pada sisi terima (MW) sj

  

Q : Injeksi daya reaktif pada sisi terima (MVar)

sj

DAFTAR SINGKATAN

  AC Alternating Current AVR Automatic Voltage Regulator BFA Bacteria Foraging Algorithm CES Capacitive Energy Storage DC Direct Current DE Differential Evolution EMF Electromagnetic Force FACTS Flexible AC Transmission Systems GTO Gate Turn-Off thyristor

  IGBT Insulated Gate Bipolar Transistors

  IGCT Insulated Gate Commutated Thyristor

  ITAE Integral of Time multiplied by Absolute Error PID Proportional Integral Derivative PSO Particle Swarm Optimization PSS Power System Stabilizer PST Phase Shifting Transformer SMIB Single Machine Infinite Bus SSSC Static Synchronous Series Compensator STATCOM Static Synchronous Compensator SVC Static VAR Compensator TVAC Time Varying Accelerator Coefficient UPFC Unified Power Flow Controller

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Sistem tenaga listrik modern mempunyai banyak peralatan dinamis yang berbeda-beda dari mesin-mesin sinkron sampai beban yang akan secara terus menerus rentan terhadap gangguan internal dan eksternal. Dalam kondisi tersebut, sering terjadi osilasi pada setiap bagian maupun antar bagian pada sistem tenaga listrik yang terinterkoneksi. Osilasi elektromekanik dalam sistem tenaga listrik merupakan masalah yang sangat menantang para insinyur listrik selama bertahun tahun. Untuk alasan ini, aplikasi pengendali yang memberikan redaman lebih baik untuk osilasi ini merupakan hal yang sangat penting (Ramos, 2005). Dengan bertambahnya muatan saluran transmisi jarak jauh, penerapan power system

  

stabilizer (PSS) mungkin dalam beberapa kasus, tidak memberikan redaman yang

  cukup untuk power swing-inter area dalam sistem multimesin sehingga solusi efektif yang lain diperlukan untuk dipelajari (Noroozian dkk, 2001). Peralatan sistem transmisi AC fleksibel (FACTS) adalah salah satu preposisi perangkat untuk meringankan situasi seperti ini dengan mengontrol aliran daya di sepanjang saluran transmisi dan meningkatkan redaman osilasi daya (Dash, 2004). Penggunaan kontroler FACTS meningkatkan fleksibilitas operasi dengan memberikan opsi lebih untuk operator sistem tenaga.

  Stabilitas sistem tenaga listrik merupakan salah satu aspek yang paling penting dalam operasi sistem tenaga listrik. Hal ini timbul dari kenyataan bahwa sistem tenaga listrik harus mempertahankan tingkat frekuensi dan tegangan pada tingkat yang diinginkan, dalam gangguan apapun, seperti peningkatan mendadak pada beban, hilangnya satu generator atau beralih keluar dari saluran transmisi selama gangguan (Shayeghi, 2008).

  Sudah cukup banyak peneliti yang mengusulkan perbaikan stabilitas untuk sistem tenaga listrik baik untuk mesin tunggal maupun multimesin. Perhatian secara khusus difokuskan pada pengaruh kontrol eksitasi pada peredaman osilasi, yang merupakan fenomena karakteristik stabilitas. Generator sinkron dilengkapi regulator tegangan otomatis dan sistem eksitasi yang secara otomatis mengontrol tegangan terminal dari mesin. PSS dihubungkan secara langsung ke automatic

  

voltage regulator (AVR) dari generator sinkron yang tujuan utama dari konfigurasi

kontrol eksitasi AVR - PSS adalah memberikan pengaturan redaman dan tegangan.

  Beberapa teknik telah diusulkan untuk skema desain dan penalaan PSS-AVR (K. Bhattacharya, 1997). Dalam perkembangan terakhir, teknik perhitungan evolusi seperti Algoritma Genetika (S. H. Hosseini dkk, 2009 ) (K. Sebaa, M. Boudour, 2009), particle swarm optimization (PSO) (A. M. El-Zonkoly, 2006) dan

differential evolution (DE) untuk penalaan optimal AVR-parameter PSS (B.

  Selvabala dan D. Devaraj, 2010) serta desain PSS berbasis artificial intelegence (kecerdasan buatan) dan artificial nature (kecerdasan alam) telah mulai diterapkan (S. H. Hosseini, 2009)( S.P. Ghoshal, 2009). Interaksi di antara stabilisator dapat meningkatkan atau menurunkan mode redaman osilasi rotor tertentu. Masalah ini mungkin terjadi terutama setelah clearance gangguan kritis, jika perangkat

  

FACTS diterapkan di daerah yang sama. Interaksi buruk antara redaman